Et team af Vanderbilt-ingeniører har afsluttet et samarbejdsprojekt med 101. luftbårne division i Fort Campbell til at designe og teste et exoskelet, der er det første af sin slags, og som støtter soldater i den amerikanske hær, der deltager i vedligeholdelses- og logistikoperationer. Exoskelettet - Soldier Assistive Bionic Exosuit for Resupply eller SABER - er ved at blive forberedt til fremstilling og kommercialisering af HeroWear og til brug i felten af hæren.

Dette arbejde er en del af Pathfinder-projekteten mulighed for at fremme Hærens Fremtidskommando moderniseringsmål. U.S. Army Combat Capabilities Development Command, eller DEVCOM, leder programmet, som støtter innovation af soldatinspirerede, missionsklare og forskningsbaserede teknologier.

Sidste år, Lektor i maskinteknik Karl Zelik modtog en etårig investering på $1,2 millioner fra DEVCOM og den Civil-Military Innovation Institute Inc. Finansieringen støttede samarbejdet med soldater fra den 101. luftbårne division om at udvikle SABER.

"Denne bottom-up, soldatcentrerede tilgang og selve exosuit-designet er en stor afvigelse fra tidligere exoskeletforsøg, som ikke opfyldte soldaternes behov eller blev accepteret af hæren," siger Zelik. "Vi brugte de første par måneder på at interviewe, observere og bruge tid sammen med soldaterne. Vi forsøgte ikke at skabe Iron Man - en kompleks, stiv, urealistisk dragt til hele kroppen. I stedet startede vi med at sætte os grundigt ind i soldaternes behov for at udvikle et let, lavprofileret, ikke-strømforsynet, bærbart værktøj, der kan yde den nødvendige hjælp uden at sinke soldaterne eller forstyrre andre operationelle opgaver." 

Biomekaniske evalueringer afslørede, at den tre kilo tunge dragt reducerede belastningen på soldaternes rygge med mere end 100 kilo under løft. Derudover øgede de fleste soldater deres udholdenhed med over 60 procent, mens de bar SABER. Overvældende 90 procent af de soldater, der blev spurgt efter den operationelle felttest i maj 2022, mente, at exodragten øgede deres evne til at udføre deres jobopgaver, og alle rapporterede, at de sandsynligvis ville bære den i deres job, hvis de fik den stillet til rådighed. 

"Vi har været herude for at øve ildmissioner, forberede os på at skyde med skarpe skud, lave flere opstillinger, løfte haubitseren, flytte den fire til fem gange om dagen og bare grave os dybt ned i forsvarsstillingen," siger sergent Alfredo Vela, 101. luftbårne division, 3-320. feltartilleri, 13B. "Dragterne har virkelig hjulpet, især i den nederste del af ryggen med alle de tunge løft, vi har lavet. Jeg sætter virkelig pris på at vide, at der er en ekstern kraft fra militæret, der designer dette udstyr for at hjælpe os med at forbedre os selv og gøre vores arbejde bedre." 

Exodragten overgår nu fra forskning og udvikling på Vanderbilt til fremstilling og kommercialisering af HeroWear. I maj 2022 begyndte DEVCOM SC at finansiere HeroWear for at fortsætte samarbejdet med soldaterne om at forfine SABER og forberede den til yderligere feltevalueringer og masseproduktion. HeroWear, hvor Zelik er Chief Scientific Officer, vil bygge opdaterede prototyper til soldater senere på året. 

"SABER er det perfekte eksempel på, hvordan Vanderbilt-forskere udvider vores samarbejdskultur ud over universitetet ved at arbejde med interne og eksterne partnere for at katalysere nye ideer og fremme banebrydende opdagelser," siger Vice Provost for Research Padma Raghavan. 

Før Zeliks team modtog Pathfinder-finansiering til at udvikle SABER, begyndte de at arbejde med soldater i 2019 efter Vanderbilt underskrev den første uddannelsespartnerskabsaftale med Army Futures Command. Som en del af Pathfinder deltog soldaterne derefter i hyppige interviews, designsprints og felttests, hvor de identificerede kritiske problemer, der forhindrede dem i at udføre deres daglige opgaver i felten.  

Fysisk overanstrengelse skilte sig ud som et problem, der havde brug for en hurtig løsning. Soldater arbejdede sammen med Vanderbilt-forskere, ingeniører, eksperter i teknologioversættelse og andre militære partnere om at udvikle og teste SABER-prototyper. Efter 12 måneders iterativ udvikling afsluttede Zeliks team deres første evaluering af SABER ved årets udgang med omkring 25 soldater på tre militærbaser:  

I løbet af det sidste år har mere end 100 soldater deltaget i designet og afprøvningen af exodragten. Soldaternes feedback på SABER's effektivitet, kombineret med tidligere videnskabelig valideringer opmuntrende, da soldater i hæren bliver diagnosticeret med 460 overbelastningsskader i ryggen hver dag, ifølge U.S. Army Public Health Center. Lændeskader resulterer i mere end en million tabte eller begrænsede arbejdsdage til soldater hvert år. 

"Det føltes virkelig godt. Masser af støtte, især på ryggen," siger Spc. Marrero Rivera, 101. luftbårne division, olieforsyningsspecialist, 92F. "Jeg følte mig meget mere sikker ... Det vil hjælpe mig med at forebygge fremtidige skader ... Jeg er en del af en distributionsenhed, hvor vi flytter ammunition og den slags. Så det er helt sikkert noget, vi virkelig kunne bruge, især til at løfte kasser, slanger og alt det andet tunge udstyr, som vi konstant flytter."

Rygskader er blot et af de problemer, som hæren tager fat på sammen med forskere fra Vanderbilt. Et andet er flys slagkræfters indvirkning på soldaters præstation og helbred, undersøgt af Tonia Rexprofessor i oftalmologi og visuel videnskab, med støtte fra Pathfinders startfinansiering. Disse to projekter er toppen af Pathfinder-isbjerget på Vanderbilt. Flere hold af tværfaglige forskere, soldater og industripartnere samarbejder om yderligere projekter for at pionere teknologier, der kan gavne både soldater og civile, og fremme de komplementære missioner fra Army Futures Command og Vanderbilt for yderligere at modernisere den amerikanske hær og forbedre den menneskelige tilstand. 

Kilde: Vanderbilt og 101st Airborne samarbejder om udvikling af exoskelet til brug for soldater i det første Pathfinder-projekt | Vanderbilt University (18.10.2022)